1、1第五章第五章 直流直流-交流变换电路交流变换电路 第一节第一节 概述概述第二节第二节 电压型逆变电路电压型逆变电路 第三节第三节 电流型逆变电路电流型逆变电路 第四节第四节 脉宽调制型（脉宽调制型（PWM）逆变电路）逆变电路 本章小结本章小结2l 逆变概念：逆变概念：逆变逆变与整流相对应，直流电变成交流电与整流相对应，直流电变成交流电l交流侧接电网，为有源逆变交流侧接电网，为有源逆变l交流侧接负载，为无源逆变交流侧接负载，为无源逆变本章讲述无源逆变本章讲述无源逆变l逆变与变频逆变与变频l变频电路：交交变频和交直交变频两种变频电路：交交变频和交直交变频两种l交直交变频由交直变换和直交变换两部分
2、组交直交变频由交直变换和直交变换两部分组成，后一部分就是逆变成，后一部分就是逆变l 逆变电路的应用逆变电路的应用直流电源如蓄直流电源如蓄电池、干电池电池、干电池和太阳能电池和太阳能电池逆变电路逆变电路交流负载供电交流负载供电交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电交流电机调速用变频器、不间断电源、感应加热电源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路源等电力电子装置的核心部分都是逆变电路l 本章内容本章内容第一节第一节 概述概述第二节第二节 电压型逆变电路电压型逆变电路第三节第三节 电流型逆变电路电流型逆变电路第四节第四节 脉宽调制型逆变电路脉宽调制型逆变电路第一节第一节 概述概述 3第一节第一
3、节 概述概述 4一、逆变器的分类一、逆变器的分类n 按输入电源的特点分按输入电源的特点分n电压型：直流侧电源为恒压源。电压型：直流侧电源为恒压源。n电流型：直流侧电源为恒流源。电流型：直流侧电源为恒流源。n谐振环形：谐振交流环和谐振直流环。谐振环形：谐振交流环和谐振直流环。n按电路结构特点分按电路结构特点分n半桥式半桥式n全桥式全桥式n推挽式推挽式n其他形式：例如单管逆变电路等其他形式：例如单管逆变电路等 5n按输出波形特点分按输出波形特点分n正弦波正弦波n非正弦波非正弦波n按输出相数分按输出相数分n单相单相n三相三相n按负载是否为交流电源按负载是否为交流电源n有源逆变，负载为交流电源。有源逆
4、变，负载为交流电源。n无源逆变，负载无交流电源。无源逆变，负载无交流电源。6换流换流电流从一个支路向另一个支路转移的电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为过程，也称为换相换相。n按器件的换流特点分按器件的换流特点分n器件换流：器件换流：n利用全控型器件的自关断能力进行换相。利用全控型器件的自关断能力进行换相。n在在采用采用IGBT 、电力、电力MOSFET 、GTO 、GTR等全控等全控型器件的电路中的换相方式是器件换相。型器件的电路中的换相方式是器件换相。n电网换流：电网换流：n电网提供换相电压的换相方式。电网提供换相电压的换相方式。n将负的电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其将负的
5、电网电压施加在欲关断的晶闸管上即可使其关断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用关断。不需要器件具有门极可关断能力，但不适用于没有交流电网的无源逆变电路。于没有交流电网的无源逆变电路。7n负载换流：负载换流：n由负载提供换相电压的换相方式。由负载提供换相电压的换相方式。n负载电流的相位超前于负载电压的场合，都负载电流的相位超前于负载电压的场合，都可实现负载换相可实现负载换相n强迫换流：强迫换流：设置附加的换相电路，给欲关断的晶闸管强设置附加的换相电路，给欲关断的晶闸管强迫施加反压或反电流的换相方式称为迫施加反压或反电流的换相方式称为强迫换强迫换相相。通常利用附加电容上所储存的能量来实现，通常
6、利用附加电容上所储存的能量来实现，因此也称为因此也称为电容换相电容换相。8以以单相桥式逆变电路单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理为例说明最基本的工作原理二、二、逆变电路的工作原理与基本结构逆变电路的工作原理与基本结构图图5-1-1 5-1-1 逆变电路工作原理逆变电路工作原理QQ11QQ4 4是桥式电路的是桥式电路的4 4个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。个臂，由电力电子器件及辅助电路组成。1 1、逆变电路的工作原理、逆变电路的工作原理91、逆变电路的工作原理逆变电路的工作原理+-S1、S4闭合、S2、S3断开101、逆变电路的工作原理逆变电路的工作原理-+S1、S4断开、S2、S3闭
7、合11逆变电路最基本的工作逆变电路最基本的工作原理原理 改变两组开关改变两组开关切换频率，可改变输出切换频率，可改变输出交流电频率。交流电频率。电阻负载电阻负载时，负载电流i io o和u uo o的波形相同，相位也相同。阻感负载阻感负载时，i io o相位滞后于u uo o，波形也不同。1、逆变电路的工作原理逆变电路的工作原理电阻负载电阻负载阻感负载阻感负载122、逆变电路的基本结构、逆变电路的基本结构保护电路保护电路辅助电源辅助电源驱动与控制电路驱动与控制电路输入电路输入电路逆变电路逆变电路输出电路输出电路DCAC图图5-1-2 逆变系统的基本结构框图逆变系统的基本结构框图13第二节第二节
8、 电压型电压型一、单相电压型逆变电路一、单相电压型逆变电路 1、半桥逆变电路、半桥逆变电路 2、全桥逆变电路、全桥逆变电路二、三相电压型逆变电路二、三相电压型逆变电路141、半桥逆变电路、半桥逆变电路t1t2：C1V1负载，输出电压右正左负负载，输出电压右正左负-+5-2-1 半桥逆变电路151、半桥逆变电路、半桥逆变电路t2t3：C2VD2负载，二极管负载，二极管VD2续流，续流，输出输出电压左正右负电压左正右负+-16t3t4：C2V2负载，输出电压右正左负负载，输出电压右正左负+-1、半桥逆变电路、半桥逆变电路17-+t4t5：C1VD1负载，二极管负载，二极管VD1续流续流，输输出电压
9、左负右正出电压左负右正1、半桥逆变电路、半桥逆变电路181、半桥逆变电路、半桥逆变电路-+-+-+工作原理工作原理V1和和V2栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，栅极信号在一周期内各半周正偏、半周反偏，两者互补，输出电压输出电压u uo o为矩形波，幅值为为矩形波，幅值为Um=Ud/2。V1或或V2通时，通时，i io o和和u uo o同方向，直流侧向负载提供能量；同方向，直流侧向负载提供能量；VD1或或VDVD2 2通时，通时，i io o和和u uo o反向，电感中贮能向直流侧反馈。反向，电感中贮能向直流侧反馈。VDVD1 1、VDVD2 2称为称为反反馈二极管馈二极管,起
10、着使负载电流连续的作用，又称起着使负载电流连续的作用，又称续流二极管续流二极管。191、半桥逆变电路、半桥逆变电路优点：电路简单，使用器件少。优点：电路简单，使用器件少。缺点：输出交流电压幅值为缺点：输出交流电压幅值为U Ud d/2/2，且直流侧，且直流侧需两电容器串联，要控制两者电压均衡。需两电容器串联，要控制两者电压均衡。应用：用于几应用：用于几kW以下的小功率逆变电源。以下的小功率逆变电源。单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变单相全桥、三相桥式都可看成若干个半桥逆变电路的组合。电路的组合。202、全桥逆变电路、全桥逆变电路tOtOtOtOtOb)uG1uG2uG3uG4uoiot1
11、t2t3iouo特点特点 共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。共四个桥臂，可看成两个半桥电路组合而成。两对桥臂交替导通两对桥臂交替导通180180。输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。输出电压和电流波形与半桥电路形状相同，幅值高出一倍。以上为以上为移相调压移相调压控制方式控制方式5-2-2 全桥逆变电路及波形全桥逆变电路及波形212、全桥逆变电路、全桥逆变电路输出电压定量分析输出电压定量分析 uo成傅里叶级数成傅里叶级数 基波幅值基波幅值 基波有效值基波有效值 uo为正负各为正负各180时，要改变输出电压有效值只能改时，要改变输出电压有效值只能改变变Ud来实现来实现 阻感负
12、载时可采用移相调压阻感负载时可采用移相调压)5sin513sin31(sin4tttUudoddmoUUU27.141ddoUUU9.022122电路的主要特点电路的主要特点（1）直流侧为电压源直流侧为电压源，直流回路呈现，直流回路呈现低阻抗，或并联有大电容，直流侧电压低阻抗，或并联有大电容，直流侧电压基本无脉动。基本无脉动。（2）交流侧输出电压一波形为矩交流侧输出电压一波形为矩形波形波，并且与负载阻抗角无关。而，并且与负载阻抗角无关。而交流侧输出电流波形和相位因负载交流侧输出电流波形和相位因负载阻抗情况的不同而不同。阻抗情况的不同而不同。（3）当交流侧为电阻加电感负载当交流侧为电阻加电感负载
13、时需要提供无功功率，直流侧电容时需要提供无功功率，直流侧电容起缓冲无功能量的作用起缓冲无功能量的作用。为了给交。为了给交流侧向直流侧反馈的无功能量提供流侧向直流侧反馈的无功能量提供通道，通道，逆变桥各臂都并联了反馈二逆变桥各臂都并联了反馈二极管极管。23l三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路路l应用最广的是三相桥式逆变电路应用最广的是三相桥式逆变电路l可看成由三个半桥逆变电路组成可看成由三个半桥逆变电路组成图图5-2-3 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路二、三相二、三相24图图5-2-3 三相电压型桥式逆变电路三相电压型桥式逆变电路l180
14、导电方式导电方式 每桥臂导电每桥臂导电180，同一相上下两臂交替导电，各相，同一相上下两臂交替导电，各相开始导电的角度差开始导电的角度差120 任一瞬间有三个桥臂同时导通任一瞬间有三个桥臂同时导通 每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为每次换流都是在同一相上下两臂之间进行，也称为纵向换流纵向换流三相三相25图图5-2-4 电压型三相桥式电压型三相桥式逆变电路的工作波形逆变电路的工作波形负载各相到电源中点负载各相到电源中点N的电压的电压：U相，1通，uUN=Ud/2，4通，uUN=-Ud/2三相三相26图图5-2-4 电压型三相桥式电压型三相桥式逆变电路的工作波形逆变电路的工作波形三相三相
15、 负载线电压负载线电压 UNWNWUWNVNVWVNUNUVuuuuuuuuu27图图5-2-4 电压型三相桥式电压型三相桥式逆变电路的工作波形逆变电路的工作波形三相三相)(31)(31WNVNUN WN VN UN NNuuuuuuu)(31 WN VN UNNNuuuu 负载相电压负载相电压NN WNWN NN VNVN NN UNUNuuuuuuuuu)(31)(31WNVNUN WN VN UN NNuuuuuuu负载三相对称时有负载三相对称时有uUN+uVN+uWN=028图5-2-4 电压型三相桥式逆变电路的工作波形三相三相桥臂桥臂1、3、5的电流相加的电流相加可得直流侧电流可得直
16、流侧电流id的波形，的波形，id每每60脉动一次，直流脉动一次，直流电压基本无脉动，电压基本无脉动，因此逆因此逆变器从交流侧向直流侧传变器从交流侧向直流侧传送的功率是脉动的，电压送的功率是脉动的，电压型逆变电路的一个特点型逆变电路的一个特点 .l定量分析定量分析1.输出线电压输出线电压三相三相16 knuUV展开成傅里叶级数nktnntUtttttUusin)1(1sin3213sin13111sin1117sin715sin51sin32ddUV式中：l定量分析定量分析1.输出线电压输出线电压 输出线电压有效值输出线电压有效值 基波幅值基波幅值 基波有效值基波有效值d202UVUV816.0
17、d21UtuUddUV1m1.132UUUddUV1mUV178.062UUUU三相三相2.负载相电压负载相电压uUN展开成傅里叶级数得展开成傅里叶级数得ntnntUtttttUusin1sin213sin13111sin1117sin715sin51sin2ddUN16kn三相三相式中：式中：2.负载相电压负载相电压负载相电压有效值负载相电压有效值基波幅值基波幅值基波有效值基波有效值d202UNUN471.0d21UtuUddUN1m637.02UUUdUN1mUN145.02UUU三相三相33n防止同一相上下两桥臂开关器件直通采取防止同一相上下两桥臂开关器件直通采取“先先断后通断后通”的方
18、法的方法n在两个器件间留一个短暂的死区时间在两个器件间留一个短暂的死区时间n“先断后通先断后通”的方法的方法对于工作在上下两桥臂互对于工作在上下两桥臂互补方式下的电路适用，单相半桥和单相全桥逆补方式下的电路适用，单相半桥和单相全桥逆变电路必须采用此方法。变电路必须采用此方法。34逆变电路的分类逆变电路的分类 根据直流侧电源性质的不同根据直流侧电源性质的不同电压型逆变电路又称为电压源型逆变电路Voltage Source Type Inverter-VSTI直流侧大电容滤波是电压源电压源电流型逆变电路又称为电流源型逆变电路Current Source Type Inverter-VSTI直流侧大
19、电感滤波是电流源电流源35图5-3-1 电流型三相桥式逆变电路电流型逆变电路直流电源为电流源的逆变电路一般在直流侧串联大电感，电流脉动很小，可近似 看成直流电流源实例之一：图5-3-1电流型三相桥式逆变电路 吸收换流时 负载电感中存贮的能量第三节第三节 36电流型逆变电路主要特点电流型逆变电路主要特点 (1)直流侧串大电感，直流侧串大电感，相当于电流源相当于电流源 (2)交流输出电流为矩形波，交流输出电流为矩形波，输出电压波形和相位因输出电压波形和相位因 负载不同而不同负载不同而不同 (3)交流侧为阻感负载时需提供无功功率，交流侧为阻感负载时需提供无功功率，直流侧电感直流侧电感起缓冲无功能量的
20、作用，起缓冲无功能量的作用，不必给开关器件反并联二极管不必给开关器件反并联二极管电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍电流型逆变电路中，采用半控型器件的电路仍 应用较多应用较多换流方式有负载换流、强迫换流换流方式有负载换流、强迫换流第三节第三节 37图图5-3-2 单相桥式电流型（并单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路联谐振式）逆变电路 l4桥臂，每桥臂晶闸管各串联一个电抗器桥臂，每桥臂晶闸管各串联一个电抗器LT，用来限，用来限制晶闸管开通时的制晶闸管开通时的di/dtl器件器件1、4和器件和器件2、3以以10002500Hz的中频轮流导通，的中频轮流导通，可得到中频交流电可得到中频交流电1
21、、单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路38图图5-3-2 单相桥式电流型（并单相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路联谐振式）逆变电路 l采用负载换流方式，要求负载电流略超前于负载电压采用负载换流方式，要求负载电流略超前于负载电压负载一般是电磁感应线圈，加热线圈内的钢料，负载一般是电磁感应线圈，加热线圈内的钢料，R和和L串联为其等效电路串联为其等效电路因功率因数很低，故并联补偿电容因功率因数很低，故并联补偿电容CC和和L、R构成并联谐振电路，故此电路称为并联谐构成并联谐振电路，故此电路称为并联谐振式逆变电路振式逆变电路1、单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路39图图5-3-2 单相桥式电流型（并单
22、相桥式电流型（并联谐振式）逆变电路联谐振式）逆变电路 l输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且输出电流波形接近矩形波，含基波和各奇次谐波，且谐波幅值远小于基波谐波幅值远小于基波l因基波频率接近负载电路谐振频率，故负载对基波呈因基波频率接近负载电路谐振频率，故负载对基波呈高阻抗，对谐波呈低阻抗，谐波在负载上产生的压降高阻抗，对谐波呈低阻抗，谐波在负载上产生的压降很小，因此负载电压波形接近正弦很小，因此负载电压波形接近正弦1、单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路40l工作波形分析：工作波形分析：tOtO图5-13tOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t
23、6t7tuotuABttIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4图图5-3-3 并联谐振式并联谐振式逆变电路工作波形逆变电路工作波形 1、单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路l 一周期内，两个稳定导通一周期内，两个稳定导通 阶段和两个换流阶段阶段和两个换流阶段t1t2：VT1和和VT4稳定导通阶段，稳定导通阶段，i=Id，t2时刻前在时刻前在C上建上建立了左正右负的电压立了左正右负的电压41l工作波形分析：工作波形分析：tOtO图5-13tOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tuotuABttIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uV
24、T1,41、单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路l 一周期内，两个稳定导通一周期内，两个稳定导通 阶段和两个换流阶段阶段和两个换流阶段 t2t4：t2时刻触发时刻触发VT2和和VT3开通，进入换流阶段开通，进入换流阶段 LT使使VT1、VT4不能立刻关断，电流有一个减小过程不能立刻关断，电流有一个减小过程 同理，同理，LT使使VT2、VT3电流有一个增大过程电流有一个增大过程42l工作波形分析：工作波形分析：tOtO图5-13tOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tuotuABttIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,41、单相电流型逆
25、变电路单相电流型逆变电路l 一周期内，两个稳定导通一周期内，两个稳定导通 阶段和两个换流阶段阶段和两个换流阶段t2时刻后，时刻后，4个晶闸管全部导通，负载电容电压经两个并联的放电个晶闸管全部导通，负载电容电压经两个并联的放电回路同时放电回路同时放电放电回路：放电回路：LT1-VT1-VT3-LT3-C；另一路经；另一路经LT2-VT2-VT4-LT4-C43l工作波形分析：工作波形分析：tOtO图5-13tOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tuotuABttIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,41、单相电流型逆变电路单相电流型逆变电
26、路l 一周期内，两个稳定导通一周期内，两个稳定导通 阶段和两个换流阶段阶段和两个换流阶段t4时刻，时刻，VT1、VT4电流减至零而关断，换流阶段结束电流减至零而关断，换流阶段结束t4t2=t 称为换流时间称为换流时间44l工作波形分析：tOtO图5-13tOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tuotuABttIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,41、单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路l 一周期内，两个稳定导通一周期内，两个稳定导通 阶段和两个换流阶段阶段和两个换流阶段io在在t3时刻，即时刻，即iVT1=iVT2时刻过零，时刻过零，
27、t3时刻大体位于时刻大体位于t2和和t4的中点的中点45保证晶闸管的可靠保证晶闸管的可靠关断（图关断（图5-3-3）晶闸管需一段时间晶闸管需一段时间才能恢复正向阻断才能恢复正向阻断能力，换流结束后能力，换流结束后还要使还要使VT1、VT4承承受一段反压时间受一段反压时间t t=t5-t4应大于晶应大于晶闸管的关断时间闸管的关断时间tqtOtO图5-13tOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tuotuABttIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4图图5-3-3 并联谐振式并联谐振式逆变电路工作波形逆变电路工作波形 1、单相电流型逆变电路
28、单相电流型逆变电路461、单相电流型逆变电路单相电流型逆变电路为保证可靠换流应在为保证可靠换流应在uo过零过零前前t=t5-t2时刻触发时刻触发VT2、VT3t 为触发引前时间为触发引前时间io超前于超前于uo的时间的时间t 表示为电角度表示为电角度 （弧度）（弧度）为电路工作角频率；为电路工作角频率；、分别是分别是t、t 对应的电角度对应的电角度为负载功率因数角为负载功率因数角tttttt222tttOtO图5-13tOtOtOtOtOtOuG1,4uG2,3iTioIdt1t2t3t4t5t6t7tuotuABttIdiVT1,4iVT2,3uVT2,3uVT1,4472、电流型三相桥式逆
29、变电路、电流型三相桥式逆变电路（采用全控型器件）基本工作方式是基本工作方式是120导电方式，每个臂一周期内导电方式，每个臂一周期内导电导电120 每时刻上下桥臂组各有一个臂导通，横向换流每时刻上下桥臂组各有一个臂导通，横向换流图图5-3-1 电流型三相桥式逆变电路电流型三相桥式逆变电路48图534 电流型三相桥式逆变电路的输出波形 l 波形分析波形分析输出电流波形和负载性质无关，输出电流波形和负载性质无关，正负脉冲各正负脉冲各120的矩形波的矩形波输出电流和三相桥整流带大电输出电流和三相桥整流带大电感负载时的交流电流波形相同，感负载时的交流电流波形相同，谐波分析表达式也相同谐波分析表达式也相同
30、输出线电压波形和负载性质有输出线电压波形和负载性质有关，大体为正弦波关，大体为正弦波2、电流型三相桥式逆变电路、电流型三相桥式逆变电路49第四节第四节 脉宽调制型（脉宽调制型（PWM）逆变电路）逆变电路 nPWM(Pulse Width Modulation)PWM(Pulse Width Modulation)n脉宽调制技术：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，脉宽调制技术：通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）来等效的获得所需要的波形（含形状和幅值）n第第4章直流斩波变换技术已涉及章直流斩波变换技术已涉及PWMPWM控制，本节主要控制，本节主要学习学习SPWM
31、SPWM控制。控制。nPWMPWM控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使控制的思想源于通信技术，全控型器件的发展使得实现得实现PWMPWM控制变得十分容易。控制变得十分容易。nPWMPWM技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能技术的应用十分广泛，它使电力电子装置的性能大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十大大提高，因此它在电力电子技术的发展史上占有十分重要的地位。分重要的地位。50Ou t如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波Ou tOu t1、PWM控制的基本原理控制的基本原理51Ou t如何用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波SPWM波若要改变等效输出正弦波幅
32、值，按同一比例改变各脉冲宽度即可。Ou tOu t1、PWM控制的基本原理控制的基本原理522、PWM波形的生成波形的生成n计算法计算法根据正弦波频率、幅值和半周期根据正弦波频率、幅值和半周期脉冲数，准确计算脉冲数，准确计算PWMn 计算各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开计算各脉冲宽度和间隔，据此控制逆变电路开关器件的通断，就可得到所需关器件的通断，就可得到所需PWM波形波形n本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相本法较繁琐，当输出正弦波的频率、幅值或相位变化时，结果都要变化位变化时，结果都要变化Ou t532、PWM波形的生成波形的生成n调制法调制法把希望输出的波形作调制把希望输出的波形
33、作调制信号，通过对此信号，通过对此信号波的调制信号波的调制得到所得到所期望的期望的PWM波波n采用等腰三角波或锯齿波作为采用等腰三角波或锯齿波作为载波载波n等腰三角波应用最多，因其任一点等腰三角波应用最多，因其任一点的水平宽度和高度成线性关系且左的水平宽度和高度成线性关系且左右对称右对称n载波与平缓变化的调制信号相交，在载波与平缓变化的调制信号相交，在交点时刻控制器件通断，就得到宽度交点时刻控制器件通断，就得到宽度正比于信号波幅值的脉冲，符合正比于信号波幅值的脉冲，符合PWM的要求调制信号波为正弦波时，的要求调制信号波为正弦波时，得到的就是得到的就是SPWM波；调制信号波；调制信号 是是其他所
34、需波形时，也能得到等效的其他所需波形时，也能得到等效的PWM波波图6-6urucuOtOtuouofuoUd-Ud54 3 3、以单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明、以单相桥式电压型逆变电路对调制法进行说明图图5-4-1 5-4-1 单相桥式单相桥式PWMPWM逆变电路逆变电路工作时工作时V1和和V2通断互补，通断互补，V3和和V4通断也互补通断也互补u控制规律：控制规律：以以uo正半周为例，正半周为例，V V1 1通，通，V V2 2断，断，V V3 3和和V V4 4交替通断交替通断uo总可得到总可得到Ud和零两种电平和零两种电平55 3、单相桥式电压型逆变电路的调制、单相桥式电压型逆
35、变电路的调制uur正半周，正半周，V1保持通，保持通，V2保持断保持断当当uruc时使时使V V4 4通，通，V3断，断，uo=Ud当当uruc时，给时，给V V1 1和和V V4 4导通信号，给导通信号，给V V2 2和和V V3 3关断信号关断信号如如io0，V V1 1和和V V4 4通，如通，如io0，VDVD1 1和和VDVD4 4通，通，uo=Ud当当uruc时，给时，给V V2 2和和V V3 3导通信号，给导通信号，给V V1 1和和V V4 4关断信号关断信号如如io0，VDVD2 2和和VDVD3 3通，通，uo=-Ud58图6-6urucuOtOtuouofuoUd-Ud
36、图图5-4-4 双极性双极性PWM控制方式波形控制方式波形 对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单对照上述两图可以看出，单相桥式电路既可采取单极性调制，也可采用双极性调制，由于对开关器件极性调制，也可采用双极性调制，由于对开关器件通断控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的通断控制的规律不同，它们的输出波形也有较大的差别差别图6-5urucuOtOtuouofuoUd-Ud图图5-4-3 单极性单极性PWM控制方式波形控制方式波形59图5-4-5 三相桥式PWM型逆变电路 三相的PWM控制公用三角波载波uc 三相的调制信号urU、urV和urW依次相差120下面以下面以U相为例进行分析：
37、相为例进行分析：4、三相桥式电压型逆变电路的、三相桥式电压型逆变电路的PWM调制调制60图5-4-6 三相SPWM逆变电路及波形 当urUuc时，给V1导通信号，给V4关断信号，uUN=Ud/2当urUuc时，给V4导通信号，给V1关断信号，uUN=-Ud/2当给V1(V4)加导通信号时，可能是V1(V4)导通，也可能是VD1(VD4)导通uUN、uVN和uWN的PWM波形只有Ud/2两种电平uUV波形可由uUN-uVN得出，当1和6通时，uUV=Ud，当3和4通时，uUV=Ud，当1和3或4和6通时，uUV=0输出线电压PWM波由Ud和0三种电平构成负载相电压PWM波由(2/3)Ud、(1/
38、3)Ud和0共5种电平组成l 控制规律：61n防直通的死区时间防直通的死区时间1.同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂直通同一相上下两臂的驱动信号互补，为防止上下臂直通而造成短路，留一小段上下臂都施加关断信号的死区而造成短路，留一小段上下臂都施加关断信号的死区时间时间2.死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定死区时间的长短主要由开关器件的关断时间决定3.死区时间会给输出的死区时间会给输出的PWM波带来影响，使其稍稍偏波带来影响，使其稍稍偏离正弦波离正弦波625、PWM逆变电路的控制方式逆变电路的控制方式 n异步调制和同步调制异步调制和同步调制载波比载波比载波频率fc与调制信号频率fr
39、之比，N=fc/frv根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制异步调制和同步调制同步调制63异步调制异步调制异步调制异步调制载波信号和调制信号不同步的调制方式载波信号和调制信号不同步的调制方式通常保持通常保持fc固定不变，当固定不变，当fr变化时，载波比变化时，载波比N是变化是变化的的在信号波的半周期内，在信号波的半周期内，PWM波的脉冲个数不固定，波的脉冲个数不固定，相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内相位也不固定，正负半周期的脉冲不对称，半周期内前后前后1/4周期的脉冲也不对称周期的脉冲也不对称当当fr较低时，较低时，N较大，一周期内脉冲数较多，脉冲
40、不较大，一周期内脉冲数较多，脉冲不对称产生的不利影响都较小对称产生的不利影响都较小当当fr增高时，增高时，N减小，一周期内的脉冲数减少，减小，一周期内的脉冲数减少，PWM脉冲不对称的影响就变大脉冲不对称的影响就变大64同步调制同步调制载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时使载波与信号波保持同步，即N等于常数。图6-10ucurUurVurWuuUNuVNOttttOOOuWN2Ud2Ud图5-4-7 同步调制三相PWM波形讨论：基本同步调制方式，fr变化时N不变，信号波一周期内输出脉冲数固定三相电路中公用一个三角波载波，且取N为3的整数倍，使三相输出对称为使一相的PWM波正负半周镜对称，N应取奇数fr很低时，fc也很低，由调制带来的谐波不易滤除fr很高时，fc会过高，使开关器件难以承受65本章小结本章小结n掌握逆变电路的基本工作原理，分类方法，重点掌握逆变电路的基本工作原理，分类方法，重点掌握电压型逆变电路和电流型逆变工作原理分析掌握电压型逆变电路和电流型逆变工作原理分析方法。方法。n 掌握掌握PWM的基本工作原理及的基本工作原理及SPWM调制方法调制方法
